【摘 要】
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随着人们对钛基氮化物的研究逐步成熟,研究人员发现第三元素的引用弥补了Ti N涂层在实际工作环境中的缺点,采用多元氮化物陶瓷材料能够表现出更优异的综合性能,如高硬度,耐磨耐蚀性等。本论文将V元素引入Ti N中,通过原位反应等离子喷涂的方法制备出不同V含量的(Ti,V)N复合涂层,致力于改善和强化Ti N基的多元复合氮化物涂层性能,为复合氮化物涂层的制备提供了一种新方法。把高速球磨的(Ti-V)混合粉
【基金项目】
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河北省自然科学基金(E2015202190); 国家自然科学基金(51372065);
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随着人们对钛基氮化物的研究逐步成熟,研究人员发现第三元素的引用弥补了Ti N涂层在实际工作环境中的缺点,采用多元氮化物陶瓷材料能够表现出更优异的综合性能,如高硬度,耐磨耐蚀性等。本论文将V元素引入Ti N中,通过原位反应等离子喷涂的方法制备出不同V含量的(Ti,V)N复合涂层,致力于改善和强化Ti N基的多元复合氮化物涂层性能,为复合氮化物涂层的制备提供了一种新方法。把高速球磨的(Ti-V)混合粉末作为原料,采用反应等离子喷涂技术,在金属基体表面制备了(Ti,V)N复合陶瓷涂层。通过X射线衍射分析、X射线光电子能谱分析、扫描电镜、透射电镜等表征并分析了涂层的组织结构及物相,并对涂层的显微硬度、耐磨性及耐腐蚀性进行了研究,并筛选了最优比例的(Ti,V)N涂层。为了进一步改善原涂层的显微组织结构以及耐腐蚀性,采用600℃、700℃和800℃加热保温,随炉冷却的方法对(Ti,V)N涂层进行热处理,研究结果表明:反应等离子喷涂(Ti-V)混合粉成功制备了(Ti,V)N复合涂层,涂层主要由TixV1-xN2固溶相以及少量Ti O3、V2O3、Ti O2等氧化物相组成,存在较强的Ti-N键和V-N键,显微组织为层状结构,其中原料粉含V量为25 wt.%的涂层的组织结构最为致密,晶粒形态以细小等轴纳米晶居多,并伴随有大量的孪晶。(Ti,V)N涂层由于固溶强化、细晶强化和位错强化等效应,拥有比纯Ti N涂层更高的显微硬度、断裂韧性及耐磨性。通过3.5 wt.%Na Cl溶液腐蚀的电化学测试,(Ti,V)N涂层具有比Ti N更高的开路电位、更低的腐蚀电流密度及更好的耐腐蚀性,其中原料粉含V量为25 wt.%的(Ti,V)N涂层表现出最小的腐蚀倾向。通过热处理有效改善了(Ti,V)N涂层的内部缺陷,并在600℃保温1h下获得最为致密均匀的组织结构,消除了部分残余应力,提高了涂层的断裂韧性及显微硬度分散性。当温度超过700℃,涂层转变为以(Ti,V)O为主的物相组织,结构变得疏松多孔。600℃、700℃、800℃热处理后涂层经过3.5 wt.%Na Cl浸泡腐蚀,表现了随温度升高,耐腐蚀性逐渐下降的特征,并存在不同阶段的扩散特性,其中600℃热处理后的(Ti,V)N涂层具备最好的耐腐蚀性。
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